cementos

1. CEMENTO PORTLAND CON FILLER CALCÁREO
PROPIEDADES Y RECOMENDACIONES DE USO
Ing. Edgardo Becker
Líder de Asesoría Técnica
LOMA NEGRA C.I.A.S.A.
INTRODUCCIÓN
Existen varias razones para que los fabricantes de cemento y productores de hormigón de todo el mundo
desarrollen el uso de adiciones minerales en el cemento u hormigón entre las cuales podemos mencionar:
cuestiones ecológicas (utilización de subproductos de otras industrias o procesos, menor generación de
CO2, etc.), aumento de la capacidad instalada de las cementeras, eventual reducción de costos y cierta
flexibilidad para la obtención de cementos u hormigones de mejor comportamiento y/o propiedades
especiales sin demasiados esfuerzos de producción [1]
.
En los últimos años, en los países más industrializados surge cierta preocupación respecto de las
emisiones de CO2. La fabricación de clinker portland – componente principal del cemento portland –
implica una transformación química de materias primas en un horno a elevadas temperaturas. Este
proceso genera importantes cantidades de CO2 que, si bien en Argentina actualmente no resultan
preocupantes debido a que no existe un numero elevado de fábricas de cemento (15) en un territorio de
2.791.810 km2
, en otros países de Europa donde la concentración de plantas cementeras presenta una
densidad 4 a 10 veces superior la preocupación es mayor. Es por este motivo que la industria de
cemento europea lideró la investigación y el desarrollo de los cementos con adiciones minerales y resulta
una buena referencia para establecer cuál será el futuro cercano de la industria del cemento y el
hormigón en Argentina y el resto de Latinoamérica.
En general, las adiciones minerales pueden clasificarse como [1]
:
1) Adiciones minerales activas. Son aquellos minerales naturales o artificiales que presentan la
capacidad de formar productos de hidratación SCH (silicatos de calcio hidratado) similares a los
formados durante la hidratación del cemento portland “puro”. Entre estas adiciones podemos
mencionar la escoria granulada de alto horno, puzolanas naturales, humos de sílice (silica fume o
microsilílice), cenizas volantes (fly ash) y arcillas activadas entre otras.
2) Adiciones minerales inactivas. Son minerales que no forman productos de hidratación SCH aunque
su utilización suele tener efectos benéficos sobre las propiedades del hormigón en estado fresco y
endurecido. Dentro de este tipo de adición mineral se encuentra el “filler calcáreo” de utilización
masiva desde hace algunos años en Europa (sobre todo Italia y Francia) y cada vez más habitual en
la República Argentina.
DEFINICIÓN Y NORMATIVA ARGENTINA
De acuerdo a la definición de la norma IRAM 1592[11]
(Instituto Argentino de Normalización), el
cemento portland con “filler” calcáreo es un “conglomerado hidráulico que se obtiene por la molienda
conjunta, en planta de cemento, de clinker portland y material calcáreo, con la adición de pequeñas
cantidades de sulfato de calcio. El contenido de material calcáreo no será mayor de 20 g / 100 g”.
El material calcáreo utilizado en la fabricación de este tipo de cemento deberá cumplir los
requerimientos de la norma IRAM 1593[12]
que define al “filler” calcáreo como un “material de
naturaleza inorgánica y origen mineral carbonatado, compuesto principalmente por carbonato de calcio,

2. que molido conjuntamente con el clinker de cemento portland, en proporciones determinadas, incide
favorablemente en las propiedades y el comportamiento de morteros y hormigones, tanto en estado
fresco como endurecido”. Dentro de estos requerimientos, los más importantes son: (1) contenido de
CaCO3 (carbonato de calcio) deberá ser mayor al 75 % en masa y (2) limita el contenido de arcilla a
valores inferiores a 1,2 % en masa; es decir, trata de especificar la utilización de una caliza de bastante
“alto tenor” (alto contenido de CaCO3) y pureza.
A partir del 1° de noviembre de 2000, el cemento portland con “filler” calcáreo está normalizado en la
República Argentina bajo la norma IRAM 50000[9]
que estipula la composición, características,
evaluación y condiciones de recepción de los cementos para uso general y se identifica con las siglas
CPF. Adicionalmente esta norma categoriza a los cementos de acuerdo a los niveles de resistencia que
alcanzan de acuerdo a la siguiente tabla:
Categoría de Resistencia a Compresión Método de
Cemento 2 días 7 días 28 días Ensayo
CP 30 - ≥ 16 MPa ≥30 MPa ≤ 50 MPa
CP 40 ≥ 10 MPa - ≥40 MPa ≤ 60 MPa IRAM 1622
CP 50 ≥ 20 MPa - ≥50 MPa -
De esta forma los cementos de uso general se identifican del siguiente modo:
a) Tres letras que indican el tipo de cemento, referido a su composición;
b) Dos dígitos que indican la categoría de resistencia a la que pertenece el cemento (30, 40 ó 50).
Por ejemplo: CPF40, es un cemento portland con “filler” calcáreo, categoría CP40.
PROPIEDADES
Como es obvio - además de las características y calidad del clinker - las propiedades reológicas de la
pasta, el mortero y el hormigón dependen de la calidad del “filler” calcáreo utilizado, su finura y
distribución de partículas y de la cantidad de sulfato de calcio (yeso en estado natural) adicionado
durante la molienda.
La demanda de agua de las mezclas elaboradas con CPF (cemento portland con “filler” calcáreo)
depende de las características del clinker utilizado en la fabricación del cemento y de la finura del
material calcáreo. En la figura N° 1 se muestra la influencia del contenido de alúmina (oxido de
aluminio) del material calcáreo en la demanda de agua del hormigón. El contenido de alúmina representa
el contenido de arcilla del “filler” calcáreo.
0,50
0,51
0,52
0,53
0,54
0,55
0,56
0,57
0 1 2 3 4 5 6
Al2O3 [% ]
a/c[kg/kg]

3. Figura N° 1: demanda de agua (expresado como relación a/c) en función del porcentaje de alúmina
(representando el contenido de arcilla del material calcáreo) para un homigones de asentamiento
constante utilizando un reemplazo del 18 % de “filler” calcáreo (similar al CPF normalizado en
Argentina por la norma IRAM).
Fuente: G. Cochet and F. Sorrentino. Limestone Filled Cements: Properties an Uses. Progress in Cement and Concrete.
Analizando el gráfico, resulta evidente que la demanda de agua del hormigón puede mantenerse en
valores bajos cuando el material calcáreo es de “alto tenor” y, en forma inversa, la utilización de material
calcáreo con un alto contenido de arcilla incrementa fuertemente la demanda de agua y reduce los
efectos beneficiosos de la caliza.
Por este motivo, resulta importante que el fabricante de cemento portland utilice en la fabricación del
CPF una materia prima de buena calidad y mantenga un riguroso control de calidad de manera de
asegurar un adecuado comportamiento del CPF en morteros y hormigones.
Mecanismo de Hidratación del CPF
Tal como se indicó anteriormente, el material calcáreo no tiene la capacidad de generar productos de
hidratación de la clase SCH. No obstante, la experiencia indica que la incorporación de determinadas
cantidades de material calcáreo finamente molido (“filler” calcáreo) en reemplazo parcial de clinker en la
fabricación de cemento portland presenta efectos beneficiosos en morteros y hormigones tanto en estado
fresco como endurecido. En la figura N° 2 se muestra un mortero normal (a/c= 0,50) elaborado con CPF
presenta una mayor resistencia mecánica a edades tempranas que otros cementos elaborados a partir del
mismo clinker utilizando la misma dosificación.
Edad [días]
ResistenciaaCompresión[MPa]
0
10
20
30
40
50
60
0 1 2 3 7 14 21 28
CPP30 - cemento portland puzolánico, CP30
CPN40 - cemento portland normal, CP40CPF40 - cemento portland con “filler” calcáreo, CP40
Figura N° 2: evolución de resistencia de morteros normalizados (a/c = 0,50) elaborados con distintos
tipos de cemento curados en condiciones normalizadas (temperatura 20°C y HR > 95 %).
Fuente: Laboratorio de Control de Calidad de Fca. Zapala (LOMA NEGRA CIASA).
Luego de varios años de investigación, la influencia del “filler” calcáreo en las propiedades mecánicas
del cemento resulta bastante conocida. Algunos autores intentaron explicar sus efectos y no siempre las

4. investigaciones presentan resultados convergentes. No obstante la mayoría de ellos coinciden en las
siguientes hipótesis [2]
: (1) el efecto “filler” generado a partir de la incorporación de partículas
suficientemente finas, (2) el incremento de la velocidad de hidratación del clinker, (3) la formación de
carbonoaluminato y (4) la modificación de la microestructura.
1) Efecto “filler”. Este fenómeno es el más conocido y tiene que ver fundamentalmente por la
capacidad de las partículas finas en “llenar” (to fill en inglés) u ocupar los espacios disponibles; es
decir, las partículas de “filler” calcáreo son sumamente finas (en general, el filler representa la mayor
parte de las partículas más finas del CPF), mejorando la distribución de partículas del cemento y,
consecuentemente, mejoran la compacidad de la pasta lográndose una mejor resistencia temprana del
mortero u hormigón a partir de una mejor ocupación de espacios.
2) Velocidad de hidratación. Los principales componentes del clinker portland son el C3S (silicato
tricácico), C2S (silicato dicálcico), C3A (aluminato tricálcico) y FAC4 (ferroaluminato
tetracálcico). Dentro de estos componentes, los silicatos (C3S y C2S) son los responsables de la
formación de los compuestos SCH (silicatos de calcio hidratados) o gel de tobermorita durante la
hidratación y principales responsables del desarrollo de resistencia. Mientras la hidratación del
C3S es la responsable del desarrollo de resistencia temprana hasta los 28 días, el C2S comienza a
desarrollar resistencia a partir de los 7 días y resulta el responsable de la evolución de resistencia
final de la pasta cementicia como lo muestra la figura N° 3.
Edad [días]
ResistenciaaCompresión[%]
100
0
20
40
60
80
0 1 2 3 7 28 180 365
C
3S
C3A
C2
S
FAC4
Figura N° 3: Influencia de cada compuesto del clinker portland en la evolución de resistencia mecánica
de la pasta cementicia.
Fuente: A. N. Castiarena. Curso de Tecnología del hormigón. 3° Edición.
La adición de CaCO3 (carbonato de calcio) acelera la hidratación del C3S, sobre todo a tempranas edades
contribuyendo al desarrollo de la resistencia temprana. Esta aceleración puede atribuirse a un efecto de
modificación de la hidratación superficial del C3S y al efecto de nucleación [3] [4]
.
3) Formación de monocarboaluminato. Durante el proceso de hidratación el C3A del clinker
reacciona con el CaCO3 para formar carbonoaluminato de calcio cuya estructura y propiedades

5. presentan analogías con los sulfatos equivalentes: mono y trisulfoaluminatos de calcio. Algunos
autores consideran que esta formación contribuye a mejorar la resistencia de los hormigones y la
resistencia a los sulfatos en función del contenido de C3A del clinker y el contenido y finura del
material calcáreo; esta posible mejoría de resistencia mecánica, en general, resulta marginal respecto
de los efectos antes explicados. No obstante, la durabilidad puede verse afectada considerablemente
con reemplazos de “filler” superiores al 10 % cuando se elaboran hormigones expuestos a sulfatos[5]
.
4) Modificación de la microestructura. Estudios demuestran [6][7]
que con la utilización de CPF se
aumenta el grado de hidratación de la pasta de cemento y se modifica la relación C/S de los
compuestos SCH. Cuando se utiliza una elevada cantidad de material calcáreo, el hidróxido de calcio
cristaliza en cristales largos que se concentran en algunas zonas formando un puente entre los granos
de material calcáreo logrando una estructura compacta.
DURABILIDAD
La durabilidad de los morteros y hormigones depende fundamentalmente de la porosidad de la pasta
(distribución del tamaño y estructura de poros). Según algunos estudios[2]
para cementos de similares
niveles de resistencia se obtienen cantidades similares de productos de hidratación. Consecuentemente,
resultaría adecuado pensar que se obtienen hidratos de similar densidad, porosidad y su distribución es la
misma, con lo cual si la distribución de las partículas de aire se encuentra bien controlada, la durabilidad
no se vería afectada.
Sin embargo, resulta bastante conocido que la porosidad de la pasta de cemento es mayor cuando
aumenta el reemplazo de clinker por material calcáreo debido a una menor formación de compuestos
SCH. No obstante existen factores que pueden modificar esta regla general que tienen que ver con la
calidad del “filler” utilizado (por ejemplo: recordar el tema de la demanda de agua) y las características
del clinker.
Contracción del Hormigón
Si bien la contracción de los morteros y hormigones depende fundamentalmente del contenido de agua
de la mezcla, los hormigones elaborados con CPF suelen presentar una contracción un tanto superior a la
producida con CPN (cemento portland normal) durante las primeras 24 hs, aunque luego de este período
no se encuentran diferencias[2]
. No obstante, esta tendencia puede diferir con distintos cementos (aún
dentro de los CPF) en función del requerimiento de agua de la mezcla y otros parámetros, por lo cual si
esta propiedad resulta importante para el tipo de obra a ejecutar, se recomienda realizar pruebas y
ensayos de manera de establecer el comportamiento de la mezcla.
Propagación de Fisuras
Generalmente los CPF presentan una mayor finura que los CPN. Esto resulta muy beneficioso para la
retención de agua de la mezcla debido a una menor velocidad de exudación y, consecuentemente, tiende
a mejorar la resistencia superficial del hormigón; no obstante, los cementos más finos tienden a aumentar
el riesgo de fisuración por retracción plástica. De cualquier manera utilizando adecuadamente las
prácticas de protección y curado convencionales este riesgo se minimiza.
Otro importante riesgo de fisuración, se genera cuando se hormigonan elementos masivos. En estos
casos se recomienda la utilización de cementos que generen la menor cantidad posible de calor durante
su hidratación.

6. Si bien varios estudios demuestran que la adición de “filler” calcáreo disminuye la generación de calor
durante la hidratación, generalmente el CPF es más fino que el CPN de similar nivel de resistencia por lo
cual es de esperar que esa mayor finura compense el efecto del “filler” y, consecuentemente, se obtengan
similares niveles de calor de hidratación para ambos tipos de cemento. También existe la posibilidad que
algunos CPF generen un mayor calor de hidratación que ciertos CPN debido no sólo a la mayor finura
sino a una mayor velocidad de hidratación [14].
.
Carbonatación
El hormigón es un material altamente alcalino (aproximadamente pH = 13), esto resulta fundamental en
la protección de las armaduras ya que el alto pH impide la corrosión de las mismas. Esta alta alcalinidad
se produce a partir de la formación de (OH)2Ca (hidróxido de calcio) como subproducto de la hidratación
del clinker portland. Si el (OH)2Ca entra en contacto con el CO2 del aire se forma CaCO3 que resulta un
material menos alcalino. De esta manera puede afirmarse que la durabilidad de las estructuras se
encuentra fuertemente condicionada por la velocidad de carbonatación del hormigón.
El espesor de carbonatación y su velocidad de propagación hacia el interior dependen
fundamentalmente de la humedad ambiente y la porosidad de la pasta. Aquí los diferentes autores
presentan opiniones divergentes acerca de este tema: mientras algunos trabajos concluyen que la
porosidad de la pasta de los hormigones elaborados con CPF es mayor a los de CPN, otros concluyen
que es similar y no observan influencia de la composición del cemento. No obstante, solamente la
utilización de una baja relación a/c permite obtener una estructura de poros que le confiera una
adecuada durabilidad del hormigón.
Difusión de iones cloruro
La penetración de cloruros en el hormigón depende de la capacidad del cemento portland en fijar los
iones cloruro, la resistencia del hormigón y de su permeabilidad. En la figura N°4 se muestra la
influencia de la porosidad de la pasta de cemento en el coeficiente de difusión de cloruros para
distintos cementos. De acuerdo a este gráfico, queda claro que la difusión de iones cloruro
esencialmente depende de la porosidad de la pasta de cemento y no necesariamente del contenido y/o
calidad de “filler” del CPF. Sin embargo, la adición de “filler” tiende a incrementar el coeficiente de
difusión de cloruros a temperaturas similares. Esto significa que algunos fabricantes desarrollan un
clinker especial para ser utilizado en CPF por lo cual no resulta posible sacar conclusiones antes de
realizar los ensayos correspondientes.

7. Porosidad [mm3/g]
CoeficientedeDifusión
[x10-9cm2/s]
10
20
30
40
20 30 40 50 60
1
2
7 3
5
4
8
6
FiguraN° 4: Relación entre la porosidad de la pasta de cemento y el coeficiente de difusión de cloruros.
Los cementos 1 a 4 no contienen ninguna adición (cementos “puros”), los cementos 5 y 6 contienen 15
% y 27 % de “filler” calcáreo respectivamente y los cementos 7 y 8 contienen 12 % y 20 % de
microsílice respectivamente.
Fuente: G. Cochet and F. Sorrentino. Limestone Filled Cements: Properties an Uses. Progress in Cement and Concrete..
No obstante una buena aproximación puede obtenerse a partir de conocer que existe una cierta relación
inversa entre la resistencia mecánica y la porosidad; es decir, a menor porosidad hay mayor
resistencia, entonces a mayor resistencia menor coeficiente de difusión de cloruros.
Resistencia al agua de mar
La resistencia del hormigón ante la agresión que supone su exposición al agua de mar depende
esencialmente del contenido de C3A del clinker. La adición de “filler” tiende a disminuir la resistencia
del hormigón al agua de mar. Por este motivo no se recomienda la utilización de CPF que presente
contenidos de “filler” superiores al 10 % en masa para hormigones que estarán sometidos a ambiente
marino.
Resistencia a los sulfatos
Similarmente al caso anterior, en presencia de sulfatos resulta fundamental la utilización de un
cemento que presente un bajo contenido de C3A (en general, C3A ≤ 8 % para ataque moderado y C3A
≤ 4 % para ataque fuerte). Es bien conocido que los iones sulfato reaccionan con los
carbonoaluminatos de calcio o los sulfoaluminatos formando ettringita. El carbonato de calcio
reacciona con monosulfoaluminato formando monocarbonoaluminato. Consecuentemente, al formarse
antes, los iones carbonato no reaccionan con la ettringita. De acuerdo a este razonamiento, es
esperable un mejor desempeño al ataque de sulfatos de aquellos CPF producidos a partir de clinker
con alto C3A; es decir, aquellos cementos que naturalmente tendrían un pobre desempeño ante este
ataque.
En los últimos años, se encontró que hormigones elaborados a partir de piedra caliza o con ciertos
contenidos de CaCO3 pueden formar taumasita cuando están expuestos a altos niveles de humedad,

8. contacto con sulfatos y bajas temperaturas. Esta formación cuya fórmula química es:
CaSiO3.CaCO3.CaSO4.15H2O[13]
, puede generarse rápidamente si el hormigón está expuesto
consistentemente a temperaturas inferiores a 4°C y es más lenta cuando mayor es la temperatura de
exposición hasta que no se forma luego de los 15°C. Esto indica que no resulta recomendable la
utilización de CPF en la elaboración de hormigones que serán utilizados en bases y fundaciones
superficiales además de otras estructuras en presencia de sulfatos y clima frío.
Resistencia a ciclos de congelación y deshielo
Los estudios muestran que, a igual relación a/c, la resistencia del hormigón a ciclos de congelación y
deshielo solamente se vería afectada cuando la adición de “filler” calcáreo supera el 15 %.
Reemplazos inferiores de “filler” calcáreo en la fabricación de CPF resultan beneficiosos cuando
disminuye el factor de espaciamiento de las burbujas de aire incorporado utilizadas en los hormigones
que serán sometidos a esta severa condición[2]
. Si no se utiliza aire incorporado en la mezcla, el
hormigón elaborado con CPF mostrará un menor desempeño que hormigones de similar relación a/c
elaborados a partir de otros tipos de cemento[14]
. No obstante, puede afirmarse que en climas fríos
siempre resulta altamente recomendable (e imprescindible) la utilización de aire intencionalmente
incorporado en el hormigón, por lo cual no se debe esperar importantes diferencias de comportamiento
de los diferentes cementos cuando el diseño de la mezcla de hormigón es adecuado.
CONCLUSIONES
Como regla general, se puede afirmar que el CPF puede utilizarse el todas aquellas aplicaciones donde
resulta factible utilizar CPN o cualquier otro cemento de uso general que no posea requisitos
especiales (IRAM 50000); es decir, en obras o elementos estructurales donde el hormigón no estará
sometido a ambientes especialmente agresivos.
Cuando se requieran propiedades especiales del hormigón por cuestiones de durabilidad debido a que
será sometido a un ambiente agresivo se deberá especificar – además de una baja relación a/c del
hormigón – la utilización de cementos de propiedades especiales[10]
(IRAM 50001) donde se
especificará cuál sería el más adecuado en cada caso (ARS, MRS, BCH o RRAA).
La utilización de CPF implica la obtención de hormigones que en estado fresco presentan muy buena
trabajabilidad, plasticidad, bombeabilidad y terminación superficial a partir de los finos aportados por
el “filler” calcáreo. En estado endurecido, las mezclas presentan mayor resistencia inicial. Todos estos
beneficios hacen del CPF un producto adecuado para ser utilizado en la fabricación de elementos
premoldeados y hormigón elaborado, sin olvidar las ventajas que se obtienen a partir de su utilización
en trabajos de albañilería.
REFERENCIAS
[1] E. Becker, (2000) Cemento Portland – Características y Recomendaciones de Uso. LOMA
NEGRA CIASA
[2] G. Cochet and F. Sorrentino, (1995). Limestone Filled Cements: Properties and Uses. Progress in
Cement and Concrete, pp. 265 – 295
[3] P. Lu and S. Lu, (1985). Hydration of Carbo-aluminuis Cement at Differet Temperatures. Cem.
Concr. Res. 15, pp. 622 – 630

9. [4] R. Ramachachan and Z. Chun-Mei, (1986). Influence of CaCO3 on Hydration and Microestructural
Characteristica of Tricalciun Silicate, II Cem. 83, # 3, pp. 129 – 152
[5] M. González, V. Rahhal, E. F. Irassar y H. Donza, (1998). Resistencia a los Sulfatos de Cementos
ARS con Adición de Filler y Puzolana. 1er
Congreso Internacional de Tecnología del Hormigón,
Buenos Aires.
[6] M. Regourd, (1987). Microestructure of Blended Cements Containing Fly Ash, Silica Fume, Slag
and Fillers, Mater. Res. Soc. Symp. Proc., 85
[7] J. Jambir, (1980). Influence of CaO, Al2O3, CaCO3, nH2O on the Structure of Cement Paste. Proc.
7th
Int. Congr. Chem. Cem., Paris, 4: 487 – 492
[8] A. N. Castiarena, (1993) Curso de Tecnología del Hormigón. 3era
Edición.
[9] Proyecto 1 de norma IRAM 50000, (2000) Cemento para Uso General – Composición,
Características, Evaluación de Conformidad y Condiciones de Recepción
[10] Proyecto de norma IRAM 50001, (2000) Cementos con Propiedades Especiales
[11] Norma IRAM 1592, (1994). Cemento Portland con “Filler” Calcáreo
[12] Norma IRAM 1593, (1994). Material Calcáreo para Cemento Portland con “Filler” Calcáreo
[13] Thaumasite Expert Group, (1999). The Thaumasite Form of Sulfate Attack: Risks, Diagnosis,
Remedial Works and Guiance on New Construction
[14] Graeme K. Moir and Steven Kelham, (1997). Developments in the Manufacture and Use of
Portland Limestone Cement, SP 172-42. ACI International Conference: High-Performance
Concrete.
[15] G. Menéndez, V. Bonavetti, E. F. Irassar, (2000). Hormigones Elaborados con Cemento con
Adiciones. Congreso de la Ingeniería 2000, Buenos Aires.